冗余脈沖法抗激光誘偏干擾技術研究

劉 虎,趙志剛,孟智勇,謝安寧,郭云峰

(中國人民解放軍63895部隊,河南 孟州 454750)

1 引 言

激光制導武器不受電磁脈沖和地球磁場的影響,能夠在復雜的自然背景或人為干擾條件下,特別是電子對抗環境中進行作戰,具備很強的戰場適應性和抗干擾能力;可采用激光編碼技術,與激光目標指示器配合,實現對單目標或多目標的精確打擊;制導精度高,具有較強的命中精度;結構簡單、成本低廉,并且可與其他制導技術集成,形成多模制導體制[1]。因此,激光制導武器自問世以來,就展現出了極強的戰斗力。1968年,寶石路摧毀河內大橋一戰成名;海灣戰爭,激光制導彈藥實現了接近90 %的命中率。以及在最近幾場局部戰爭中,精確制導武器的使用比例越來越大,其輝煌戰果更加引人注目。可以預測,在未來戰爭中,精確制導武器的威脅將會越來越大[2-3]。

因此,如何有效應對激光精確制導武器的巨大威脅成為了研究熱點。經過多年的探索與實踐,形成了激光誘偏、假目標、光箔條和高重頻壓制等干擾技術[4]。假目標干擾技術,多為與真實目標形體一致的充氣式或橡膠等材質假體,體積小、重量輕、成本低、幾乎可以模擬全波譜段特性,早在海灣戰爭中就已經開始應用。光箔條干擾技術通過施放金屬箔條來反射或散射激光指示信號實現干擾,多應用于機載和艦載平臺。高重頻壓制干擾采用高重頻率激光脈沖遮蔽激光導引頭接收真實目標的回波信號,降低目標的截獲概率,達到引偏效果[5]。激光誘偏干擾通過發射、轉發或反射激光指示信號,形成具有欺騙功能的激光干擾信號,擾亂或欺騙對方制導系統,極大降低激光導引頭的作戰效能[6-7]。在這些干擾技術中,激光誘偏干擾因與激光告警系統聯動,且與真實指示激光信號特征一致,時效性和抗干擾能力較強,而應用相對廣泛。

通過激光制導武器與干擾技術的博弈研究發現,受限于激光導引頭和誘偏干擾系統技術體制,如果激光導引頭不具備末脈沖鎖定等抗干擾措施,激光導引頭被誘偏的概率將接近100 %,難以實時進行反制干擾。基于此,文章提出了一種冗余脈沖法抗激光誘偏干擾技術。理論研究與初步試驗驗證表明,這種技術具備實操可行性,可為激光制導武器的實戰化應用提供技術參考。

2 原理簡介

半主動激光制導武器主要有半主動激光制導導彈、半主動激光制導炸彈、半主動激光制導火箭彈、半主動激光制導炮彈等多種類型,是戰場上最常用的精確制導武器之一。其基本原理為:通過彈體外的激光目標指示器照射目標,彈上的激光導引頭探測并跟蹤目標反射的回波信號,解算出目標信息,由彈上計算機根據彈體信息和制導律形成制導控制信號,控制其飛向目標,直至命中目標。半主動激光制導武器通常由包含半主動激光導引頭的彈體和彈外激光目標指示器組成,如圖1所示,其中虛線箭頭表示激光信號,實線箭頭表示電信號。

圖1 激光制導炸彈武器系統原理框圖

激光誘偏干擾技術是對抗半主動激光制導的有效手段之一。激光誘騙干擾系統通常由激光告警分系統、信息處理分系統和激光干擾分系統三部分組成,如圖2所示。其工作原理:激光告警分系統接收來襲激光信號并解算出激光信號的波長、重頻、編碼、方位、到達時刻等信息,給出警報并將來襲激光信息傳輸至信息處理分系統;信息處理分系統根據來襲激光的信息,制定合理的干擾策略,驅動激光干擾分系統發射誘偏激光信號;激光干擾分系統根據信息處理分系統的指令以一定的參數、向某一方向發射激光誘偏信號,使來襲的半主動激光導引頭跟蹤誘偏信號而攻擊假目標。

圖2 激光誘偏干擾系統工作原理框圖

圖3 冗余脈沖法抗激光誘偏干擾原理框圖

半主動激光導引頭被成功誘偏的關鍵在于,通過某種時序的競爭使導引頭只處理激光干擾信號而不處理激光指示信號。半主動激光導引頭要達到對抗激光誘偏干擾的目的,就必須使激光誘偏干擾系統產生的激光干擾信號無法以匹配的編碼進入波門并被處理。所謂冗余脈沖法,就是發射比制導回路所需更多的激光脈沖,干擾誘偏干擾系統的正常工作流程,使其無法正確解析來襲激光信息,或者即使能正確解析出來襲激光信息也無法實施有效干擾,從而對干擾回路造成信息冗余式干擾[5-6]。

3 冗余脈沖法抗激光誘偏干擾的可行性分析

從理論上講,只要使激光告警分系統不能準確解析來襲激光信息,就可以造成干擾回路工作紊亂,從而成功對抗激光誘偏干擾。但是如何利用冗余激光脈沖實現干擾激光告警分系統,還需對冗余激光脈沖發射時機、兩激光器的布局及同步等問題進行理論分析。

激光制導武器系統的指示器和導引頭在執行任務之前需裝訂匹配的編碼,激光導引頭采用實時波門選通、波門內首脈沖鎖定等工作體制。激光誘偏干擾系統采用超前同步的工作體制,一般具備自動和手動兩種工作模式:自動工作時,根據告警系統解析的來襲激光信息自動同步超前發射干擾激光;手動工作時,操作員只根據激光來襲警報決定是否發射干擾激光,并不參與來襲激光信息的解析。這就使激光導引頭采用冗余脈沖法抗激光誘偏干擾具備可行性。

根據冗余激光脈沖和指示激光脈沖,冗余脈沖法抗激光誘偏干擾通常有兩種工作模式:超前冗余和同步冗余。所謂超前冗余,就是冗余激光超前指示器發射;所謂同步冗余,就是冗余激光與指示激光同步發射。

當采用超前冗余模式時,冗余激光器以一定的脈沖編碼發射激光信號,誘使激光誘偏干擾系統按照冗余激光的編碼和方向發射干擾激光。一旦激光誘偏干擾信號發出,激光干擾分系統等干擾資源就會被占用。此時,激光目標指示器發射指示信號,激光導引頭正常搜索跟蹤目標。激光誘偏干擾系統接收到新的激光信號,無論是否解析出其信息,都不會再發射新的干擾信號。只要冗余信號與指示信號采用不同的激光編碼,激光誘偏干擾系統就無法成功誘偏激光導引頭。

當采用同步冗余工作模式時,冗余脈沖和指示脈沖分別以相應編碼同步發射。如果兩激光信號的方位角大于激光告警分系統的角度分辨率,則來襲激光信號將被識別為兩路激光信號,但是由于干擾源數量的限制,激光誘偏干擾系統只能根據其優先干擾策略選定一路信號進行干擾。當其選擇的干擾信號為冗余信號,激光導引頭將不被誘偏。此時,抗誘偏干擾成功的概率只有50 %。如果兩激光信號的方位角不大于激光告警系統的角度分辨率,則來襲激光信號將被識別為一路信號,激光告警分系統將根據兩路激光信號的合成脈沖序列解碼。激光告警分系統能否對合成脈沖序列進行準確解析,需要根據具體情況進行分析。下面以一個特例對解碼及干擾情況進行分析。

假設冗余激光信號和指示信號均為重復頻率碼,脈沖間隔為T0(ms);激光導引頭采用實時波門選通、首脈沖鎖定的工作模式,實時波門寬度為T(μs);激光告警分系統采用峰值保持的信號探測方式,峰值保持時間為t0(ms),激光干擾分系統的最小脈沖間隔為T1(ms)。沒有冗余信號時,脈沖時序關系如圖4所示,激光導引頭被成功誘偏,其中τ(μs)為超前量,通常T>2τ。當出現冗余信號時,假設冗余脈沖總是落后于指示脈沖,如圖5所示,其中t(ms)為落后的具體時間。當t≤t0時,冗余信號無法被探測,激光告警分系統仍然按照指示信號進行解碼,此時激光導引頭仍可被成功誘偏;當t>30 ms時,冗余信號可以被探測,激光告警分系統需對合成脈沖序列進行解碼。如果合成脈沖不能形成穩定的周期信號,則會被解析成偽隨機碼;如果合成脈沖序列能夠形成穩定的周期信號,則會被解析成周期脈沖信號,主要有以下幾種情形:

圖4 激光誘偏干擾激光脈沖時序圖

圖5 冗余脈沖法的激光脈沖時序圖

1)當t、T0-t的最大公約數(t,T0-t)=T2(ms),T2>1(ms)時,合成脈沖序列會被解析為最小脈沖間隔為T2(ms)的脈沖序列碼,當且僅當t=1/2T0,T2=1/2T0時,則該合成脈沖序列會被解析為基頻為2/T0(Hz)、脈沖間隔為1/2T0的重復頻率碼;

2)當t、T0-t的最大公約數(t,T0-t)=T2(ms),T2=1(ms)時,合成脈沖序列會被解析為基頻為基頻為2/T0(Hz)的兩變間隔碼(t/T0-t)。

當該合成脈沖序列被解析為重復頻率碼或兩變間隔碼時,只有滿足T0/2>T1,激光干擾分系統才可以成功誘偏導引頭;當該合成脈沖序列被解析為脈沖序列碼時,只有滿足解析碼型的最小時間間隔大于激光干擾分系統的最小脈沖間隔,即T2>T1,激光干擾分系統才能成功誘偏導引頭;其余情況,激光干擾分系統均無法成功誘騙導引頭。

根據上述分析,冗余脈沖法成功抗激光誘偏干擾主要有兩種情形:

1)利用冗余脈沖誘使激光誘偏干擾系統提前對假指示信號進行干擾,占用其干擾資源,使其無法對激光導引頭進行誘偏干擾;

2)利用指示脈沖和冗余脈沖的同步時差,干擾激光干擾系統的解碼等信息處理能力,使其無法正確解碼或者解碼結果超出激光干擾分系統的干擾能力,從而造成誘偏干擾失敗。

4 對抗態勢構建方法

在光電對抗訓練任務中,根據攻擊任務類型的不同,半主動激光制導的對抗訓練一般構建三種攻擊對抗態勢:本照模式、他照模式、地照模式,具體構建方法在此不再贅述,這里主要討論基于冗余脈沖法的態勢構建方法。由于場區中激光后向散射會嚴重影響激光導引頭對目標的穩定跟蹤,因此,本照模式的對抗態勢構建比較困難,這里只討論他照模式和地照模式的態勢構建方法。

4.1 他照模式

如圖6所示,激光目標指示器和激光導引頭分別部署于對目標有一俯角且相對目標有一定夾角的位置,冗余激光器與激光目標指示器部署在同一位置,構建激光導引頭他照攻擊模式的對抗態勢。激光告警設備用于探測干擾激光的發射情況以檢測干擾激光的時序,脈沖同步設備用于控制指示激光和冗余激光的時序。

圖6 他照模式對抗態勢示意圖

4.2 地照模式

如圖7所示,與他照模式的對抗態勢相比,只需將激光目標指示器和冗余激光器抵近部署于目標附近且相對目標的俯角要小于導引頭相對目標的俯角。激光告警設備用于檢測干擾激光的發射情況以檢測干擾激光的時序,脈沖同步設備用于控制指示激光和冗余激光的時序。

圖7 地照模式對抗態勢示意圖

構建的上述兩種對抗態勢,均可采用超前冗余和同步冗余兩種工作模式,具體戰術方法為:

1.冗余激光器以一定的激光編碼發射激光脈沖,待激光告警設備接收到激光誘偏干擾信號后,激光指示器發射激光制導脈沖,同時激光導引頭開機搜索跟蹤目標。如果冗余編碼能夠覆蓋制導編碼,則需用脈沖同步設備控制好兩路脈沖的時序,使干擾信號無法進入激光導引頭的實時波門。這種戰術方法可使激光導引頭抗激光誘偏干擾的理論幾率達到100 %;

2.激光指示器和冗余激光器按一定的同步時序同時發射編碼激光信號,導引頭開機工作,搜索跟蹤目標。這種戰術理論上并不能使激光導引頭抗激光誘偏干擾的理論達到100 %,但是通過激光編碼和時間差等參數的合理配置,可使其成功率顯著提高。如何根據干擾系統性能合理配置各項參數以達到提高抗激光誘偏干擾成功率的目的,將是后續工作的重點。

5 結 論

為提高激光制導武器抗激光誘偏干擾效率,分析了半主動激光導引頭抗激光誘偏干擾的關鍵要素,提出了一種基于指示激光冗余脈沖抗激光誘偏干擾的反對抗戰術。在理論研究的基礎上,給出了具體的對抗態勢構建方法,并在試驗模擬中進行了初步驗證,證明具備可行性,可為精確制導武器的實戰化應用提供技術參考。后續工作中,將繼續就如何科學設置全系統的各項參數以提高抗激光誘偏干擾成功率進行更深入的試驗研究。